Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 1 BAB I KONSEP DASAR PENDAHULUAN Thermodinamika mempelajari energi dan perubahannya. ENERGI : Kemampuan untuk melakukan kerja atau perubahan. Hk. I. Thermodinamika : kekekalan energi Energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk Hk. II. Thermodinamika : arah proses Suatu proses hanya berlangsung pada arah tertentu. DIMENSI DAN SATUAN Dimensi : kuantitas fisik,contoh : panjang, kecepatan, percepatan, waktu, suhu, usaha, massa, dll. Satuan : besarnya dimensi Dimensi International system British Konversi (SI) System massa (m ) kg lbm 1 lbm = 0,454 kg panjang (L) m ft 1 ft = 0,3048 m waktu (t) s s gaya N lbf 1N=1kg m /s 1lbf =3,174 lbm ft/s kerja J Btu 1 J = 1 Nm 1 Btu = 1,055 kj NOTE : Dalam menjumlah/mengurangkan dimensi harus sama.
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I SYSTEM Dalam thermodinamika merupakan daerah yang dipilih untuk diamati atau ditinjau perubahan energinya. Heat transfer Work Mass surrounding System Boundary (lapis batas) Medium ( fluida kerja) Surrounding (lingkungan) : bagian di luar system Boundary : batas antara system dan surrounding Fixed boundary (tetap) contoh : gas dalam tangki rigid Movable boundary (bergerak) contoh : silinder dan torak Medium (working fluid) : materi yang menyerap/membuang/membawa energi selama terjadi proses. CLOSED SYSTEM (CONTROL MASS) Jumlah massa di dalam sistem tetap Tidak ada massa yang melintasi batas sistem (boundary) Ada perpindahan energi OPEN SYSTEM (CONTROL VOLUME) Ada perpindahan massa Ada perpindahan energi Massa dan energi melewati suatu boundary yang disebut control surface. Energi X Control surface massa massa Sistem X Sistem Massa boundary konstan energi Massa Energi Closed system Open system
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 3 BENTUK-BENTUK ENERGI Total energi (E) suatu sistem merupakan jumlah dari energi thermal, mekanis, kinetis, potensial, elektrik, magnetik, kimia dan nuklir. Di dalam thermodinamika yang dipelajari adalah besarnya perubahan dari satu bentuk energi ke bentuk lainnya, bukan menghitung jumlah anergi dari suatu sistem. Bentuk energi dibagi menjadi dua kelompok : 1. Energi Makroskopik : berhubungan dengan gerak dan pengaruh luar seperti gravitasi, magnetik, elektrik, tegangan permukaan. Energi Kinetik : energi yang dimiliki sistem karena adanya gerak/kecepatan. KE = m v (kj) ; ke = v (kj / kg) Energi Potensial : Energi yang dimilik sistem karena kedudukkannya. PE = m g z (kj) ; pe = g z (kj / kg) Pengaruh medan magnet, elektrik, tegangan permukaan diabaikan karena relatif kecil... Energi Mikroskopik : Berhubungan dengan struktur molekul dan derajat aktivitas molekul. Jumlah total energi mikroskopik disebut energi dalam (internal energy), dengan simbol U. Energi Sensibel : berhubungan dengan energi kinetik dan gerakan (translasi, rotasi, vibrasi) molekul sistem. Energi Latent : berhubungan dengan fasa dari sistem, mencair, menguap dll. Energi Kimia : berhubungan dengan ikatan atm-atom dalam sistem. Dengan demikian energi total suatu sistem hanya dipengaruhi oleh energi kinetik, energi potensial dan energi dalam. E e = U + PE + KE = U + Energi dengan basis massa = u + pe + ke = u + v m v + m g z (kj) + g z (kj / kg)
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 4 Closed sistem sering dianggap stationary system (sistem statis) jika pengaruh perubahan energi kinetik dan energi potensial diabaikan sehingga ΔE=ΔU. PROPERTY Merupakan karakteristik (watak) dari sistem. Intensive property : tak tergantung massa/besarnya sistem mis. : suhu, tekanan. Extensive property : tergantung massa/ukuran sistem mis. : volume. Specific property : Adalah extensive property tiap satu satuan massa misal Volume jenis. Untuk memudahkan adalah dengan cara sistem dibagi menjadi dua, intensive property besarnya tetap sedangkan extensive property menjadi setengahnya. m, V, E, T, P ½ m, ½ V, ½E, T, P ½ m, ½ V, ½E, T, P STATE DAN KESETIMBANGAN State : Keadaan sistem yang sudah tidak berubah sehingga dapat diketahui propertynya, merupakan kondisi sistem. Sistem dikatakan setimbang jika sistem tidak berubah ketika diisolasi dari lingkunganya.. Kesetimbangan thermodinamis meliputi : Kesetimbangan mekanis Kesetimbangan thermal Kesetimbangan fasa Kesetimbangan kimia PROSES DAN SIKLUS Proses : adalah perubahan/perpindahan dari suatu kesetimbangan menuju ke kesetimbangan yang lain. Lintasan : merupakan rangkaian state yang dilalui oleh proses.
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 5 Siklus : adalah suatu proses di mana state awal dan state akhirnya berimpit. P Proses B B Proses A A 1 Siklus 1--1 A V Proses Quasi Statik / Quasi Equilibrium Proses dianggap selalu dalam keadaan setimbang pada tiap titik di dalam lintasan. Proses berjalan sangat lambat. merupakan idealisasi dari suatu proses untuk memudahkan analisis, yang diperlukan hanya state awal (initial state) dan state akhir (final state). Dalil Keadaan(The State Postulate) The state of a simple, compressible system is completely specified by two independent, intensive properties. Keadaan dari suatu sistem sederhana yang mampu mampat dapat dinyatakan dengan dua intensive properties yang tidak saling bergantungan (bebas) TEKANAN Tekanan merupakan besaran gaya per satuan luas. Dalam hal ini hanya dibicarakan tekanan pada fluida (gas dan cairan). Pada fluida diam, tekanan pada setiap titik adalah sama untuk arah horisontal. Tekanan akan bertambah jika semakin dalam. Hal ini disebabkan adanya berat fluida di atasnya ( efek gravitasi).
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 6 Satuan tekanan: 1 Pa = 1 N/m 1 Psi = 1 lbf/in 1 bar = 10 5 Pa 1 atm = 14,696 psi 1 atm = 10135 Pa Cara menyatakan tekanan: Tekanan absolut (P abs ) Tekanan terukur/relatif Tekanan pengukuran (P gage ) : untuk tekanan di atas tekanan atmosfir. P gage = P abs - P atm Tekanan vakum (P vac ) : untuk tekanan di bawah tekanan atmosfir. P vac = P atm - P abs Skala Tekanan Tekanan di atas tekanan atmosfir P abs P gag e : Tekanan atmosfir P vac P atm Tekanan di bawah tekanan atmosfir P abs Nol absolut Pada alat pengukur tekanan dikalibrasi sehingga tekanan nol setara dengan tekanan atmosfir. Untuk perhitungan digunakan tekanan absolut.
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 7 Manometer Digunakan untuk mengukur selisih tekanan. Tekanan di setiap titik dalam tangki adalah sama. Barometer P 1 = P 3 A x P 1 = A x P + W W = m. g = ρ A h. g Δ P = P 1 - P = ρ g h } P 1 = P + ρ g h Digunakan untuk mengukur tekanan atmosfir. P atm = ρ g h Standard : mercury (Hg) ρ Hg = 13595 kg/m 3 g = 9,807 m/s 1 atm = 760 mm Hg TEMPERATUR Hukum ke 0 thermodinamika menyatakan bahwa jika benda A berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda B dan benda A berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda C maka benda B berada dalam kesetimbangan thermal dengan benda C.
Yosef Agung Cahyanta : Termodinamika I 8 B A C Jika : maka T A = T B T A = T C T B = T C Hal tersebut menjadi dasar dari thermometer. Skala suhu : SI British Suhu Celcius ( o C ) Fahrenheit ( o F ) Suhu absolut Kelvin ( K ) Rankine ( R ) Konversi T ( o K) = T ( o C) + 73,15 T ( o R) = T ( o F) +459,67 T ( o F) = 1,8 T ( o C) + 3 T ( o R) = 1,8 T ( o K) o C 100 K 373,15 o F 1 R 671,67 Titik didih air pada tekanan 1 atm 0 73,15 3 491,69 Triple point of water - 73,15 0-459,67 0 nol absolut